Influencia de las distintas velocidades de enfriamiento en la macro y microestructura de prótesis femorales

A. I. KOCIUBCZYK; R. W. GREGORUTTI; A. E. ARES

Congreso; 17º Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales; 2017

El objetivo de este trabajo fue investigar y evaluar el efecto del enfriamiento a temperatura ambiente sobre la macro y microestructura y propiedades mecánicas de una aleación de acero inoxidable fundido según las especificaciones ASTM F745 utilizando un horno de inducción. La microestructura de las piezas fundidas tiene un gran peso en las propiedades mecánicas, el tamaño de grano, la porosidad y la morfología de los precipitados de carburo se piensa que influyen en la dureza, resistencia a la tracción y ductilidad [1]. El análisis térmico se realizó para determinar las etapas críticas de enfriamiento. Se analizaron dos regiones de solidificación para cada prótesis obtenida. La región de menor diámetro, correspondiente al vástago femoral, y región de mayor espesor y además la zona de alimentación del material fundido, correspondiente a la zona cercana al cabezal femoral. Las mediciones se contrastaron con una experiencia de solidificación de la aleación ASTM F745 realizada a velocidad de enfriamiento muy baja, para simular las condiciones de solidificación en equilibrio.Para estudiar los especímenes se utilizaron técnicas analíticas como microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido, espectroscopia de rayos X de energía dispersiva y pruebas de micro-dureza. Los parámetros estudiados incluyen el tamaño de grano, el espaciamiento de los brazos dendríticos secundarios y la dureza.Se observó, en las curvas de enfriamiento, que la temperatura del líquido y la del final de la solidificación disminuyen al aumentar la velocidad de enfriamiento. Se encontró que la región del vástago femoral presenta una estructura de grano más fina. La zona del cabezal femoral es la región de mayor masa de la prótesis femoral y, por lo tanto, la región de menor velocidad de enfriamiento durante la solidificación. Esta característica promueve una menor fuerza motriz para la solidificación, representada por el subenfriamiento definido como ΔT = Te-T*, donde Te es la temperatura de fusión en equilibrio, y T* es la temperatura del líquido subenfriado. Cuanto menor es el ΔT, menor es la cantidad de núcleos de solidificación y, por tanto, mayor es el tamaño de grano de solidificación [2]. Al igual que en las macroestructuras, la estructura dendrítica es más gruesa en la zona cercana al cabezal femoral debido a la menor velocidad de enfriamiento en esa región, con mayor espaciamiento de los brazos dendríticos primario y secundario.